一种复合热电材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合热电材料及其制备方法。其中，所述复合热电材料制备方法包括步骤：将碳纳米管和聚氟代苯并二呋喃二酮加入到球磨机中进行球磨处理，得到复合粉末；将所述复合粉末进行冷压处理，得到复合热电材料。本发明专利技术所述复合热电材料的制备方法在制备过程中不使用有机溶剂，是一种环保、低成本、工艺简单、适合大规模工业生产的方法，并且所制备得到的复合热电材料具有良好的热电性能。

A Composite Thermoelectric Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种复合热电材料及其制备方法
本专利技术涉及热电材料领域，尤其涉及一种复合热电材料及其制备方法。
技术介绍
一直以来，能源支撑着人类的工业生产与日常生活。目前的能源主要是来自于化石燃料，化石燃料燃烧产生热能，通过一系列转变，最终转换成电能便于使用和储存。其中，热电材料是一种能够实现热能与电能直接相互转换的能源材料。因此，制备一种高性能的热电材料，会节省很多化石燃料，对环境保护和可持续发展具有重大意义。热电材料作为一种极具潜力的新型能源材料，已经在诸多领域获得应用。由于热电材料及由其所制备的热电器件符合绿色环保、可持续发展的理念，近年来已经成为国际材料领域的研究热点。随着全球材料科学的不断发展以及材料加工和分析技术等相关学科的逐渐成熟和多样化，设计和制备应用领域更广泛和应用价值更高的热电材料的可能性也大大提高。许多新型热电材料的出现，如纳米超晶格热电材料(材料导报，2002，16：16-18)、“声子玻璃电子晶体”型热电材料(高技术通讯，2001，5：104-108)、氧化物热电材料(材料导报，2004，18：26-29；材料导报，2004，18：270-272)等等，更加让研究者看到了热电材料的广阔前景。聚合物热电材料主要为具有离域的π电子共轭体系的导电高分子，也称作导电聚合物，具有非常丰富的电子能带结构，有金属或者半导体的电子性质。从1977年聚乙炔薄膜被发现，其后经过AsF5或碘等受体掺杂，使其电导率可以从1.0×10-6S/cm提高到1.0×103S/cm(近9个数量级)，从此导电聚合物作为一类新材料引起了科学家们广泛的关注，在全世界掀起了研究热潮。然而，传统聚合物热电材料的热电转换效率仍然很低，一般通过掺杂来改善它们的性能，然而这种方式对材料热电性能提高的效果有限，往往还需要通过调控聚合物的分子结构来提高性能，以满足实际应用需求。碳纳米管(CNT)，具有优良的电传导、热传导和机械性能。Yu等于2008年首次报道了在CNT-聚合物复合热电材料中，随着CNT含量的增加，复合材料电导率显著增大，而Seebeck系数和热导率的变化却并不明显(NanoLetters2008，8：4428)。目前，制备CNT-导电聚合物复合材料的主要方法是原位聚合法、溶液混合法、浇铸法，但这些方法需要使用大量有机溶剂，导致这些方法存在环境污染、成本高、工艺复杂的问题。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种复合热电材料及其制备方法，旨在解决现有复合热电材料制备方法存在环境污染、成本高、工艺复杂以及制备得到复合热电材料热电性能不高的问题。一种复合热电材料的制备方法，其中，包括步骤：将碳纳米管和聚氟代苯并二呋喃二酮加入到球磨机中进行球磨处理，得到复合粉末；将所述复合粉末进行冷压处理，得到复合热电材料。所述的复合热电材料的制备方法，其中，在所述球磨处理后，还包括：将球磨处理后的粉末进行洗涤处理、离心处理和干燥处理。所述的复合热电材料的制备方法，其中，所述球磨处理采用的磨球为氧化锆磨球。所述的复合热电材料的制备方法，其中，所述球磨处理的球料比为5:1-10:1。所述的复合热电材料的制备方法，其中，所述氧化锆磨球的直径为2mm。所述的复合热电材料的制备方法，其中，所述碳纳米管与聚氟代苯并二呋喃二酮的质量之比为1:10-2:1。所述的复合热电材料的制备方法，其中，所述球磨处理的工艺参数包括：球磨处理第一阶段中，球磨机转速150-550rpm，持续时间20-60min；球磨处理第二阶段中，球磨机转速550-1000rpm，持续时间5-30min。所述的复合热电材料的制备方法，其中，所述干燥处理为真空干燥处理。一种复合热电材料，其中，采用如上所述复合热电材料的制备方法制备得到。所述的复合热电材料，其中，所述复合热电材料中碳纳米管的质量百分数为10-90％。有益效果：本专利技术所述复合热电材料的制备方法在制备过程中不使用有机溶剂，是一种绿色、环保、工艺简单、适合大规模工业生产的方法。并且所制备得到的复合热电材料具有良好的热电性能，可应用于温度低于200℃的热电制冷设备和发电设备的制造，具有广阔的市场前景。具体实施方式本专利技术提供一种复合热电材料及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种复合热电材料的制备方法，其中，包括步骤：将碳纳米管(CNT)和聚氟代苯并二呋喃二酮(FBDPPV)加入到球磨机中进行球磨处理，得到复合粉末；将所述复合粉末进行冷压处理，得到复合热电材料(CNT/FBDPPV复合热电材料)。碳纳米管(CNT)，碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3杂化键，即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，而这些p轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π键，碳纳米管外表面的大π键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础。具体地，所述的CNT为单壁碳纳米管(SWCNT)、双壁碳纳米管(DWCNT)、以及多壁碳纳米管(MWCNT)。优选地，所述碳纳米管的直径为3-20nm，长度为0.1-25μm。本专利技术所述聚氟代苯并二呋喃二酮(FBDPPV)是一种共轭聚合物，具有良好的热电性能。同时，所述聚氟代苯并二呋喃二酮的主链上含有大量的六元苯环结构与纳米碳管中的六元环结构容易发生π-π键吸附作用，从而达到协同提高所制备的复合热电材料导电率和Seebeck系数，表现出良好的热电性能。具体地，本专利技术中所述聚氟代苯并二呋喃二酮的结构式为：本专利技术将所述纳米碳管和聚氟代苯并二呋喃二酮进行球磨处理后再进行冷压处理，得到具有良好的热电性能的块状复合热电材料。本专利技术所述复合热电材料的制备方法在制备过程中不使用有机溶剂，是一种绿色、环保、工艺简单，适合大规模生产的制备方法。更具体地，本专利技术在制备过程中，当球磨转动时，利用磨球的冲击作用以及研磨体与球磨内壁的研磨作用将碳纳米管和聚氟代苯并二呋喃二酮粉碎并混合。优选地，所述球磨处理采用的磨球为氧化锆磨球，球磨罐为氧化锆球磨罐。本专利技术所述氧化锆球磨罐具有高韧性、高抗弯强度、高耐磨性、优异的隔热性能和热膨胀系数的优点，在球磨过程中不会带入杂质，而且能够提高球磨效果。优选地，所述的氧化锆磨球直径为2mm。优选地，所述球磨处理的球料比为5:1-10:1，也即是W氧化锆磨球:WCNT+FBDPPV为5:1-10:1。所述球料比是指磨球质量与物料质量的比值。具体到本专利技术中，物料是由碳纳米管和聚氟代苯并二呋喃二酮组成。本专利技术通过控制氧化锆磨球质量与碳纳米管和聚氟代苯并二呋喃二酮质量之和的比例，保证物料混合均匀从而有助于复合热电材料冷压成型。优选地，所述碳纳米管与聚氟代苯并二呋喃二酮的质量之比为1:10-2:1。所述碳纳米管与聚氟代苯并二呋喃二酮的质量之比可以充分发挥聚氟代苯并二呋喃二酮热电聚合物和CNT两者的优点，从而大幅度提高复合材料的热电性能。本专利技术所述球磨处理包括两个球磨处理阶段，即球磨处理第一阶段和球磨第二处理阶段。具体地，首本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合热电材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：将碳纳米管和聚氟代苯并二呋喃二酮加入到球磨机中进行球磨处理，得到复合粉末；将所述复合粉末进行冷压处理，得到复合热电材料。

【技术特征摘要】
1.一种复合热电材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：将碳纳米管和聚氟代苯并二呋喃二酮加入到球磨机中进行球磨处理，得到复合粉末；将所述复合粉末进行冷压处理，得到复合热电材料。2.根据权利要求1所述的复合热电材料的制备方法，其特征在于，在所述球磨处理后，还包括：将球磨处理后的粉末进行洗涤处理、离心处理和干燥处理。3.根据权利要求1所述的复合热电材料的制备方法，其特征在于，所述球磨处理所采用的磨球为氧化锆磨球。4.根据权利要求3所述的复合热电材料的制备方法，其特征在于，所述球磨处理的球料比为5:1-10:1。5.根据权利要求3所述的复合热电材料的制备方法，其特征在于，所述氧化锆磨球的直径为2mm。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嘉恒，麦成康，王振元，王滨燊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东,44